JP7702977B2 - Integrated Circuits - Google Patents
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Description
本発明は集積回路に関し、特に、アクティブペンが送信したペン信号を検出するための集積回路に関する。 The present invention relates to an integrated circuit, and more particularly to an integrated circuit for detecting pen signals transmitted by an active pen.
指やパッシブペンなどのパッシブポインタを検出する静電容量検出装置が知られている。この種の静電容量検出装置は、各複数のX電極及びY電極を有するセンサと、複数のX電極に対して検出用信号を送出し、この検出用信号を複数のY電極において順次検出する集積回路とを有して構成される。集積回路は、各Y電極における検出用信号の検出強度に基づき、パッシブポインタの位置を導出する処理を行う。 There is known a capacitance detection device that detects a passive pointer such as a finger or a passive pen. This type of capacitance detection device is composed of a sensor having a plurality of X electrodes and Y electrodes, and an integrated circuit that sends detection signals to the plurality of X electrodes and sequentially detects these detection signals at the plurality of Y electrodes. The integrated circuit performs processing to derive the position of the passive pointer based on the detection strength of the detection signal at each Y electrode.
集積回路における検出用信号の検出は、A/D変換回路を用いて実行される。特許文献1には、この種のA/D変換回路として、デルタシグマ変調回路を用いる例が開示されている。デルタシグマ変調回路を用いれば、A/D変換回路で発生する量子化ノイズを低減することができるので、検出用信号の検出精度を高めることが可能になる。Detection of the detection signal in the integrated circuit is performed using an A/D conversion circuit.
また、ペン先電極に交流電圧を加えることで交流信号を送信するアクティブペンが知られている。特許文献2には、この種のアクティブペンの一例が開示されている。以下では、アクティブペンが送信する交流信号を「ペン信号」と称する。Also known is an active pen that transmits an AC signal by applying an AC voltage to the pen tip electrode.
ここで、デルタシグマ変調回路をペン信号の検出にも用いることができれば、ペン信号の検出精度を高められると考えられる。しかしながら従来、デルタシグマ変調回路を用いてペン信号の検出を行うことは現実的ではなかった。以下、その理由について詳しく説明する。 If the delta-sigma modulation circuit could also be used to detect the pen signal, it would be possible to improve the accuracy of pen signal detection. However, in the past, it was not practical to detect the pen signal using a delta-sigma modulation circuit. The reasons for this are explained in detail below.
まず前提として、デルタシグマ変調回路は、入力信号からフィードバック信号を減算する減算器と、減算器の出力信号を積分する積分器と、積分器の出力信号を量子化するコンパレータと、コンパレータの一連の出力値(「+1」又は「-1」)により示されるパルス信号を増幅することによって上記フィードバック信号を生成する増幅器とを含んで構成される。また、A/D変換回路に入力されるペン信号のダイナミックレンジは、パッシブポインタの検出用信号のそれに比べて非常に大きな値となる。これは、ユーザ操作に伴いペン先電極とタッチ面との間の距離が変化することに応じて、センサに到来するペン信号のレベル(振幅)が大きく変化するためである。 First, as a premise, the delta-sigma modulation circuit is composed of a subtractor that subtracts a feedback signal from an input signal, an integrator that integrates the output signal of the subtractor, a comparator that quantizes the output signal of the integrator, and an amplifier that generates the feedback signal by amplifying a pulse signal represented by a series of output values ('+1' or '-1') of the comparator. In addition, the dynamic range of the pen signal input to the A/D conversion circuit is much larger than that of the detection signal of a passive pointer. This is because the level (amplitude) of the pen signal arriving at the sensor changes significantly as the distance between the pen tip electrode and the touch surface changes due to user operation.
デルタシグマ変調回路の上記構成によれば、入力信号であるペン信号のレベルに関わらずフィードバック信号のレベルが一定であることから、ペン先電極がタッチ面に近づいてペン信号のレベルがある程度以上大きくなると、減算器の出力信号が振動しなくなる。そうするとコンパレータの出力値も振動しなくなるので、デルタシグマ変調回路の出力値を用いてペン信号の検波や復調を行うことが不可能になる。これを防ぐにはフィードバック信号のレベルを入力信号のレベルに追従させる必要があり、そのために従来具体的に考えられていた構成は、多数(例えば129個)のコンパレータを用いるマルチビット構成により出力段の量子化回路を構成することであった。 According to the above-mentioned configuration of the delta-sigma modulation circuit, the level of the feedback signal is constant regardless of the level of the input signal, that is, the pen signal. Therefore, when the pen tip electrode approaches the touch surface and the level of the pen signal becomes larger than a certain level, the output signal of the subtractor stops oscillating. Then, the output value of the comparator also stops oscillating, so it becomes impossible to detect or demodulate the pen signal using the output value of the delta-sigma modulation circuit. To prevent this, it is necessary to make the level of the feedback signal follow the level of the input signal. The specific configuration that has been considered for this purpose in the past is to configure the quantization circuit of the output stage with a multi-bit configuration using a large number (for example, 129) of comparators.
しかしながら、多数のコンパレータを含むように構成したデルタシグマ変調回路は、サイズが大きく、また、価格も高くなる。加えて、ペン信号検出用の集積回路では、センサ内の電極ごとにA/D変換回路を設けることが通常であるため、デルタシグマ変調回路のサイズの増加及びコストの上昇がさらに顕著になる。これらの結果として、従来、ペン信号の検出にデルタシグマ変調回路を用いることは、サイズやコストの面から困難とされていた。However, a delta-sigma modulation circuit configured to include a large number of comparators is large in size and expensive. In addition, in an integrated circuit for detecting pen signals, an A/D conversion circuit is usually provided for each electrode in the sensor, which further increases the size and cost of the delta-sigma modulation circuit. As a result of these factors, it has traditionally been difficult to use a delta-sigma modulation circuit to detect pen signals due to size and cost considerations.
したがって、本発明の目的の一つは、ペン信号を検出するためにデルタシグマ変調回路を用いることのできる集積回路を提供することにある。 Therefore, one object of the present invention is to provide an integrated circuit that can use a delta-sigma modulation circuit to detect a pen signal.
本発明による集積回路は、アクティブペンから送信されるペン信号を検出する集積回路であって、センサより入力される前記ペン信号からフィードバック信号を減算する減算器、前記減算器の出力信号を積分する積分器、前記積分器の出力信号を量子化する量子化器、及び、前記量子化器の出力値に基づいて前記フィードバック信号を生成するDAC、を含むデルタシグマ変調部と、前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号のレベルを検出する処理部と、前記処理部によって検出された前記ペン信号のレベルに基づき、前記フィードバック信号のレベルを制御するゲイン制御部と、を含む集積回路である。The integrated circuit according to the present invention is an integrated circuit that detects a pen signal transmitted from an active pen, and includes a delta-sigma modulation unit including a subtractor that subtracts a feedback signal from the pen signal input from a sensor, an integrator that integrates the output signal of the subtractor, a quantizer that quantizes the output signal of the integrator, and a DAC that generates the feedback signal based on the output value of the quantizer, a processing unit that detects the level of the pen signal based on the output value of the delta-sigma modulation unit, and a gain control unit that controls the level of the feedback signal based on the level of the pen signal detected by the processing unit.
本発明によれば、マルチビット構成の量子化器を用いずとも、フィードバック信号のレベルをペン信号のレベルに追従させることができる。したがって、ペン信号を検出するためにデルタシグマ変調回路を用いることが可能になる。According to the present invention, the level of the feedback signal can be made to follow the level of the pen signal without using a multi-bit quantizer. Therefore, it becomes possible to use a delta-sigma modulation circuit to detect the pen signal.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。 Below, a preferred embodiment of the present invention is described in detail with reference to the attached drawings.
図1は、本発明の実施の形態による位置検出システム1の構成を示す図である。同図に示すように、位置検出システム1は、アクティブペン2と、アクティブペン2を検出する位置検出装置である電子機器3とを備えて構成される。電子機器3の例としては、タブレットコンピュータや、デジタイザを備えたデバイスが挙げられる。
Figure 1 is a diagram showing the configuration of a
電子機器3は、タッチ面3aと、タッチ面3aの直下に配置されたセンサ30と、センサ30に接続されたセンサコントローラ31と、これらを含む電子機器3の各部を制御するホストプロセッサ32とを有している。The
センサ30は、タッチ面3a内に各複数のセンサ電極30x,30yが配置された構造を有する装置である。複数のセンサ電極30xは、それぞれタッチ面3aに平行なy方向に延在し、かつ、タッチ面3a内でy方向に直交するx方向に等間隔に配置される。複数のセンサ電極30yは、それぞれx方向に延在し、かつ、y方向に等間隔に配置される。The
ここで、電子機器3は、センサ30と重畳して配置されたディスプレイ(図示せず)を有していてもよく、この場合、複数のセンサ電極30x(又は複数のセンサ電極30y)はディスプレイの共通電極(各画素に共通に接地電位を供給するための電極)と兼用され得る。この兼用を行う場合の電子機器3は、所謂「インセル型」の位置検出装置を構成する。一方、兼用を行わない場合の電子機器3は、所謂「オンセル型」又は「アウトセル型」の位置検出装置を構成する。本発明は、いずれの電子機器3に対しても好適に適用可能である。Here, the
センサコントローラ31は、タッチ面3a内におけるアクティブペン2及びパッシブポインタそれぞれの位置を導出するとともに、アクティブペン2の傾きを導出し、さらに、アクティブペン2からデータを受信する機能を有する集積回路である。センサコントローラ31は、導出した位置及び傾き、並びに、受信したデータを、逐次ホストプロセッサ32に供給するよう構成される。The
センサコントローラ31は、アクティブペン2とセンサ30との間に生ずる静電容量CXを介して、アクティブペン2と双方向の通信を行うよう構成される。詳しくは後述するが、アクティブペン2の位置及び傾きの導出並びにアクティブペン2からのデータの受信は、この双方向通信を通じて実現される。以下の説明では、上記双方向通信によりセンサコントローラ31からアクティブペン2に対して送信される信号をアップリンク信号USと称し、アクティブペン2からセンサコントローラ31に対して送信される信号をダウンリンク信号DS(ペン信号)と称する。また、詳しくは後述するが、アクティブペン2はダウンリンク信号DSを送信するための電極を2つ有しており、以下では、このうちの一方の電極であるペン先電極21から送信されるダウンリンク信号DSをダウンリンク信号DSaと称し、他方の電極であるリング電極22から送信されるダウンリンク信号DSをダウンリンク信号DSbと称して区別する場合がある。The
センサコントローラ31はまた、複数のセンサ電極30xのそれぞれにパッシブポインタ検出用信号を供給(送信)し、それらを複数のセンサ電極30yで順次受信する処理を行うよう構成される。詳しくは後述するが、パッシブポインタの位置の導出は、こうして送受信されるパッシブポインタ検出用信号を通じて実現される。パッシブポインタ検出用信号の送受信と、上述したアップリンク信号US及びダウンリンク信号DSの送受信とは、時分割で実行される。The
ホストプロセッサ32は電子機器3の中央処理装置であり、描画アプリケーションを含む各種のプログラムを実行可能に構成される。描画アプリケーションは、センサコントローラ31から供給された位置、傾き、及びデータに基づいてデジタルインクを生成する処理、並びに、生成したデジタルインクを電子機器3内のメモリに記憶するとともにディスプレイに表示する処理をホストプロセッサ32に実行させるプログラムである。The
図1に示すように、センサコントローラ31は、切替部40と、受信部41と、送信部42と、処理部43とを有して構成される。切替部40は、処理部43による制御に従い、各複数のセンサ電極30x,30yの接続先を送信部42と受信部41との間で切り替える機能部である。As shown in Fig. 1, the
受信部41は、切替部40を介して接続された各複数のセンサ電極30x,30yから供給される受信信号Vaの検波及び復調を行う機能部であり、センサ電極30x,30yごとに受信回路を有して構成される。受信信号Vaには、上述したダウンリンク信号DSa、ダウンリンク信号DSb、及びパッシブポインタ検出用信号のいずれか1つ以上が含まれ得る。ダウンリンク信号DSa、ダウンリンク信号DSb、及びパッシブポインタ検出用信号それぞれの搬送波信号の周波数は互いに異なっており、各受信回路は、周波数ごとに検波を行うことによって、ダウンリンク信号DSa、ダウンリンク信号DSb、及びパッシブポインタ検出用信号を分離検出するように構成される。The
送信部42は、処理部43による制御に従い、切替部40を介して接続されたセンサ電極30x又はセンサ電極30yに対してアップリンク信号US又はパッシブポインタ検出用信号を供給する機能部である。通常、アップリンク信号USの送信時には複数のセンサ電極30x(又は複数のセンサ電極30y)が同時に送信部42に接続され、その結果として、同一のアップリンク信号USが各センサ電極30x(又は各センサ電極30y)から同時に送信される。また、パッシブポインタ検出用信号はセンサ電極30xごとに内容の異なるビット列によって構成され、各センサ電極30xにパラレルに供給される。The transmitter 42 is a functional unit that supplies an uplink signal US or a passive pointer detection signal to the
処理部43は、切替部40、受信部41、及び送信部42の制御を通じて、アクティブペン2の位置及び傾きの導出、アクティブペン2からのデータの受信、及び、パッシブポインタの位置の導出を行う機能部である。以下、処理部43が行う処理について、詳しく説明する。The
初めにアクティブペン2に関する処理について説明すると、処理部43はまず、一定の周期で送信部42にアップリンク信号USを送信させる。アップリンク信号USは、アクティブペン2にダウンリンク信号DSの送信タイミング及び次のアップリンク信号USの受信タイミングを通知するとともに、アクティブペン2に対してコマンドを供給する役割を有する信号である。アクティブペン2は、アップリンク信号USによって供給されたコマンドに従ってダウンリンク信号DSを生成し、アップリンク信号USによって通知されたタイミングで送信するとともに、アップリンク信号USによって通知されたタイミングで次のアップリンク信号USの受信を行う。First, the processing related to the
ダウンリンク信号DSaは、無変調の搬送波信号である第1の位置信号と、データによって変調した搬送波信号であるデータ信号とを含む信号である。データ信号を生成するための変調に用いられる変調方式は、典型的にはDQPSK(Differential Quadrature Phase-Shift Keying)変調であるが、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)など他の変調方式を用いてもよい。また、ダウンリンク信号DSbは、無変調の搬送波信号である第2の位置信号を含む信号である。処理部43は、各センサ電極30x,30yにおける第1の位置信号のレベル(受信強度)の分布に基づいて、アクティブペン2の位置を導出する。また処理部43は、導出した位置に最も近い1つ以上のセンサ電極30x,30yにおいてデータ信号を受信するよう切替部40及び受信部41を制御することによって、アクティブペン2が送信したデータを取得する。処理部43はさらに、各センサ電極30x,30yにおける第2の位置信号の受信強度の分布に基づいてリング電極22の位置を導出し、導出したリング電極22の位置と、第1の位置信号に基づいて導出したアクティブペン2の位置との差分に基づき、アクティブペン2の傾きを導出する。The downlink signal DSa is a signal including a first position signal, which is an unmodulated carrier signal, and a data signal, which is a carrier signal modulated by data. The modulation method used for generating the data signal is typically DQPSK (Differential Quadrature Phase-Shift Keying) modulation, but other modulation methods such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation) may also be used. The downlink signal DSb is a signal including a second position signal, which is an unmodulated carrier signal. The
次にパッシブポインタに関する処理について説明すると、処理部43は、1つのセンサ電極30yを選択して受信部41に接続した状態で、センサ電極30xごとに予め用意されたビット列を1ビットずつパラレルに各センサ電極30xに供給するよう送信部42を制御する、という制御を各センサ電極30yについて繰り返すよう構成される。処理部43による制御を受けた送信部42は、所定の搬送波信号を位相変調することによって各ビットを生成し、各センサ電極30xに供給する。Next, the processing related to the passive pointer will be described. The
受信部41は、選択されたセンサ電極30yから供給される信号のレベルをビットごとに取得し、その都度、処理部43に供給するよう構成される。こうして処理部43に供給される信号のレベルには、選択中のセンサ電極30yと、各センサ電極30xとの交点に形成されるキャパシタンスの変化が反映される。そこで処理部43は、受信部41から供給された信号のレベルに基づいて、パッシブポインタの位置の導出を行う。The
次に、アクティブペン2は、センサコントローラ31との間で双方向に通信を行うアクティブ型の静電スタイラスであり、図1に示すように、芯体20と、ペン先電極21と、リング電極22と、圧力センサ23と、バッテリー24と、集積回路25と、ストップフィルタ26とを有して構成される。Next, the
芯体20は、アクティブペン2のペン軸を構成する部材である。芯体20の先端はアクティブペン2のペン先を構成し、末端は圧力センサ23に当接している。ペン先電極21及びリング電極22は互いに異なる位置に設けられた導電体であり、ペン先電極21はアクティブペン2のペン先に配置され、リング電極22は、ペン先電極21よりもアクティブペン2の中央寄りの位置に、芯体20を取り囲むように配置される。The
圧力センサ23は、芯体20の先端に加わる圧力を検出するセンサである。圧力センサ23が検出した圧力は筆圧値として集積回路25に供給され、集積回路25によってダウンリンク信号DSaのデータ信号内に配置される。バッテリー24は、集積回路25が動作するために必要な電力を供給する役割を果たす。The
集積回路25は、昇圧回路、送信回路、受信回路、及び処理回路を含む各種の回路によって構成される集積回路である。送信回路はペン先電極21及びリング電極22に接続されており、昇圧回路を用いてペン先電極21又はリング電極22に変化を与えることによって、ダウンリンク信号DSを送信する役割を果たす。The
受信回路はリング電極22に接続されており、リング電極22を用いてアップリンク信号USの検出動作を行うことによって、アップリンク信号USを受信する役割を果たす。処理回路は、受信回路によって受信されたアップリンク信号USに基づいてダウンリンク信号DSを生成し、生成したダウンリンク信号DSを送信回路に送信させる処理を行う。The receiving circuit is connected to the
ストップフィルタ26は、リング電極22を用いたアップリンク信号USの検出と、ペン先電極21からのダウンリンク信号DSaの送信とを同時に行えるようにするために、リング電極22と集積回路25の間に挿入されるフィルタ回路である。具体的には、ダウンリンク信号DSaの周波数を含む特定の周波数帯域を阻止するバンドストップフィルタ(ノッチフィルタ)や、アップリンク信号USを構成するパルス波を通過させる一方、ダウンリンク信号DSaを構成するパルス波を阻止するよう構成されたハイパスフィルタなどによって、ストップフィルタ26を構成すればよい。ストップフィルタ26を用いることで、アクティブペン2がアップリンク信号USの受信に失敗し、ダウンリンク信号DSの送信タイミングをロストした場合などに、アップリンク信号USの検出を継続しつつ、ダウンリンク信号DSaの送信も行い、それによってアクティブペン2による入力を継続することが可能になる。The
図2は、受信部41内に配置される受信回路の構成の一例を示す図である。同図に示すように、受信部41内の受信回路は、デルタシグマ(ΔΣ)変調部50と、処理部60と、ゲイン制御部70とを有して構成される。このうちデルタシグマ変調部50は、減算器51と、アンプ52と、積分器53と、量子化器54と、DAC(Digital Analog Converter)55とを有して構成される。なお、図2には、積分器53を1つだけ有する一段構成によりデルタシグマ変調部50を構成する例を示しているが、後述する図4に例示するように、複数の積分器53を有する多段構成によりデルタシグマ変調部50を構成してもよい。
Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of a receiving circuit arranged in the receiving
減算器51は、対応するセンサ電極30x又はセンサ電極30yより入力される受信信号Vaから、DAC55の出力信号であるフィードバック信号FBを減算する装置である。アンプ52は、減算器51の出力信号のレベルを制御する役割を果たす。積分器53は、アンプ52を介して入力される減算器51の出力信号を積分する装置である。The
量子化器54は、積分器53の出力信号を量子化する装置であり、積分器53の出力信号の閾値判定により「1」又は「-1」を出力する1つのコンパレータにより構成される。したがって、デルタシグマ変調部50は1ビットデルタシグマ変調を行うよう構成されている。量子化器54の出力値は、デルタシグマ変調部50の出力値Voとして処理部60に供給される。
The
DAC55は、量子化器54の出力値に基づいてフィードバック信号FBを生成する装置である。具体的には、量子化器54の一連の出力値を示すパルス信号を所与の増幅率(ゲイン)で増幅することによって、フィードバック信号FBの生成を行う。所与の増幅率の具体的な値は、ゲイン制御部70によってDAC55に設定される。
処理部60は、デルタシグマ変調部50から出力される一連の出力値Voに基づいて受信信号Vaを復元し、直交検波を行うことによって受信信号Vaの同相成分IOUT、直交成分QOUT、レベルLEVEL(振幅)、位相PHASEを生成する機能部である。受信信号Vaがデータ信号である場合、処理部60は、生成した位相PHASE(及び、必要な場合にはレベルLEVEL)に基づいて受信信号Vaを復調することにより、シンボル列SYMBOLを生成する処理も行う。処理部60によって生成された同相成分IOUT、直交成分QOUT、レベルLEVEL、位相PHASE、シンボル列SYMBOLは、図1に示した処理部43に供給される。処理部43は、こうして供給されるレベルLEVELに基づいてアクティブペン2の位置及び傾き並びにパッシブポインタの位置を導出する一方、シンボル列SYMBOLに基づいてアクティブペン2が送信したデータを取得する。The
ゲイン制御部70は、処理部60により生成された受信信号VaのレベルLevelに基づき、フィードバック信号FBのレベルを制御する機能部である。このレベルLevelの詳細については後述するが、ノイズを除去する前の信号に基づいて生成されるもので、上記レベルLEVELとは異なる場合がある。図2の例によるゲイン制御部70は、レベルLevelに基づいてDAC55におけるパルス信号の増幅率の制御を行うことにより、フィードバック信号FBのレベルの制御を行う。The
以上の構成によれば、マルチビット構成の量子化器を用いずとも、フィードバック信号FBのレベルを受信信号Vaのレベルに追従させることができる。したがって、ダイナミックレンジの大きいダウンリンク信号DS(ペン信号)を検出するために、デルタシグマ変調部50を用いることが可能になる。
According to the above configuration, the level of the feedback signal FB can be made to follow the level of the received signal Va without using a multi-bit quantizer. Therefore, it becomes possible to use the delta-
図3は、受信部41内に配置される受信回路の構成の他の一例を示す図である。この例は、量子化器54の出力段にゲイン調整部56が設けられており、ゲイン制御部70はこのゲイン調整部56のゲイン制御を行う点で、図2の例と異なっている。このようにしても、マルチビット構成の量子化器を用いることなくフィードバック信号FBのレベルを受信信号Vaのレベルに追従させることができるので、図2に示した例と同様の効果を得ることが可能になる。
Figure 3 is a diagram showing another example of the configuration of a receiving circuit arranged in the receiving
図4は、図3に示した例による受信回路の構成をより詳細に示す図である。ただし、図4には、デルタシグマ変調部50を2段構成とする場合の例を示している。以下、この図4を参照しながら、受信回路の構成及び動作をより詳しく説明する。
Figure 4 is a diagram showing in more detail the configuration of the receiving circuit according to the example shown in Figure 3. However, Figure 4 shows an example in which the delta-
図4に示すように、デルタシグマ変調部50は、アナログ回路によって構成される減算器51a,51b、アンプ52a,52b、積分器53a,53b、量子化器54、及び、DAC55a,55bと、デジタル回路によって構成されるゲイン調整部56とを有して構成される。As shown in FIG. 4, the delta-
減算器51aは、受信信号VaからDAC55aの出力信号であるフィードバック信号FBaを減算し、アンプ52aに供給する。アンプ52aは、減算器51aの出力信号のレベルを制御し、積分器53aに供給する。積分器53aは、アンプ52aを介して入力される減算器51aの出力信号を積分し、減算器51bに供給する。減算器51bは、積分器53aの出力信号からDAC55bの出力信号であるフィードバック信号FBbを減算し、アンプ52bに供給する。アンプ52bは、減算器51bの出力信号のレベルを制御し、積分器53bに供給する。積分器53bは、アンプ52bを介して入力される減算器51bの出力信号を積分し、量子化器54に供給する。The
量子化器54は、積分器53bの出力信号が供給される非反転入力端子と、グランド電位が供給される反転入力端子とを有するコンパレータであり、非反転入力端子の電位が反転入力端子の電位より大きい場合に「+1」、それ以外の場合に「-1」を出力するよう構成される。
ゲイン調整部56は、量子化器54の出力値に所与の乗算値(ゲイン)を乗算することにより出力値Voを生成し、処理部60及びDAC55a,55bのそれぞれに供給する。所与の乗算値の具体的な値は、ゲイン制御部70によってゲイン調整部56に設定される。The
DAC55a,55bはそれぞれ、一連の出力値Voを示すパルス信号を所定の増幅率で増幅することによって、フィードバック信号FBa,Fbの生成を行う。所定の増幅率の具体的な値はDAC55aとDAC55bとで同じであっても異なっていてもよく、それぞれに予め設定される。
DACs 55a and 55b generate feedback signals FBa and Fb by amplifying a pulse signal indicating a series of output values Vo by a predetermined amplification factor. The specific value of the predetermined amplification factor may be the same or different between
処理部60は、ローパスフィルタ61と、直交復調部62a,62bと、ノイズ検出器63と、ノイズフィルタ64と、アキュムレータ65と、復調器66と、演算器67とを有して構成される。The
ローパスフィルタ61は、出力値Voを一定時間ごとにカウント(加算)することにより加算平均を取得して出力するデシメーションフィルタである。ローパスフィルタ61の出力信号は、受信信号Vaを復元したデジタル信号となる。The low-
直交復調部62aは、所定の周波数Faによりローパスフィルタ61の出力信号の直交検波を行う機能部である。また、直交復調部62bは、周波数Faとは異なる所定の周波数Fbによりローパスフィルタ61の出力信号の直交検波を行う機能部である。図4には、2つの直交復調部62a,62bを図示しているが、処理部60内に配置する直交復調部の実際の数は、使用する周波数の数によって決定される。典型的な例では、ダウンリンク信号DSa、ダウンリンク信号DSb、パッシブポインタ検出用信号それぞれの搬送波信号の周波数での検波を行うために、3つの直交復調部を設ける必要がある。アクティブペン2の傾き検出が不要な場合にはダウンリンク信号DSbを用いないこととしてもよく、その場合には、ダウンリンク信号DSa及びパッシブポインタ検出用信号それぞれの検波を行うために2つの直交復調部を設ければよい。また、複数のアクティブペン2のそれぞれから周波数分割多重によってダウンリンク信号DSaを送信することとしてもよく、この場合には、ダウンリンク信号DSaの搬送波信号の周波数ごとに直交復調部を設ける必要がある。以下では、図4に示すように2つの直交復調部62a,62bを用いることを前提として説明を続ける。The
直交復調部62a,62bが行う直交検波は、具体的には、ローパスフィルタ61の出力信号に対し、対応する周波数の正弦波及び余弦波それぞれとの畳み込み和(内積)を求める処理である。直交復調部62a,62bは、余弦波との畳み込み和である同相成分IOUTと、正弦波との畳み込み和である直交成分QOUTとをノイズフィルタ64に出力するよう構成される。Specifically, the quadrature detection performed by the
ノイズ検出器63は、出力値Voに含まれるインパルスノイズ(例えば、ディスプレイから発生する液晶ノイズ)を検出し、検出したインパルスノイズをノイズフィルタ64に供給する機能部である。ノイズフィルタ64は、直交復調部62a,62bより供給された信号(同相成分IOUT及び直交成分QOUT)から、ノイズフィルタ64から供給されたインパルスノイズを除去する処理を行う。The
アキュムレータ65は、ノイズフィルタ64によってインパルスノイズが除去された後の信号(同相成分IOUT及び直交成分QOUT)に基づいてマッチ度ベクトルを求め、さらに、所定時間長のウインドウを用いてマッチ度ベクトルの長さ及び傾きそれぞれの移動平均を求め、得られた長さの平均値をレベルLEVEL(振幅)として、傾きの平均値を位相PHASEとして、それぞれ図1に示した処理部43に逐次出力する機能部である。アキュムレータ65は、ノイズフィルタ64から供給される信号(同相成分IOUT及び直交成分QOUT)そのものも処理部43に出力するよう構成される。なお、図4においては、直交復調部62aに対応する同相成分IOUT、直交成分QOUT、レベルLEVEL、位相PHASEそれぞれの末尾に「a」を付し、直交復調部62bに対応する同相成分IOUT、直交成分QOUT、レベルLEVEL、位相PHASEそれぞれの末尾に「b」を付している。The
復調器66は、アキュムレータ65によって取得されたデータに基づいて出力値Voの復調を行うことにより、アクティブペン2が送信したデータを取得する機能部である。例えばダウンリンク信号DSaに含まれるデータ信号がDQPSK変調によって生成されたものである場合、復調器66は、アキュムレータ65によって取得された位相PHASEに基づいて、アクティブペン2が送信したデータを取得するよう構成される。また、例えばダウンリンク信号DSaに含まれるデータ信号がQAMによって生成されたものである場合、復調器66は、アキュムレータ65によって取得されたレベルLEVEL及び位相PHASEに基づいて、アクティブペン2が送信したデータを取得するよう構成される。復調器66は、取得したデータを示すシンボル列SYMBOLを生成し、処理部43に出力する。図4においては、直交復調部62aに対応するシンボル列SYMBOLの末尾に「a」を付し、直交復調部62bに対応するシンボル列SYMBOLの末尾に「b」を付している。The
演算器67は、直交復調部62a,62bによる直交検波の結果を用いて受信信号Vaの周波数ごとのレベルLevel(振幅)を導出し、導出したレベルLevelの統計処理を行う機能部である。レベルLevelの導出は、直交復調部62a,62bそれぞれの出力信号(同相成分IOUT及び直交成分QOUT)に基づいて、アキュムレータ65と同様の処理を行うことによって実行すればよい。統計処理は、導出したレベルLevelを平滑化する平滑化処理、又は、それまでに導出したレベルLevelに基づいて将来のレベルLevelを予測する予測処理であってよい。演算器67は、統計処理によって得られた周波数ごとのレベルLevelをゲイン制御部70に供給するよう構成される。なお、図4においては、直交復調部62a(周波数Fa)に対応するレベルLevelの末尾に「_a」を付し、直交復調部62b(周波数Fb)に対応するレベルLevelの末尾に「_b」を付している。The
ゲイン制御部70は、加算器71と、ローパスフィルタ72と、制御部73とを有して構成される。加算器71は、演算器67から供給される複数のレベルLevelに基づき、フィードバック信号FBa,Fbのレベルの制御に用いるレベルLevelの値を決定するレベル決定部である。具体的には、複数のレベルLevelを合算する合算処理、又は、複数のレベルLevelのうちの1つ(例えば、最大のもの)を選択する選択処理を行うことによって、フィードバック信号FBa,Fbのレベルの制御に用いるレベルLevelの値を決定すればよい。The
ローパスフィルタ72は、加算器71によって決定されたレベルLevelに基づいて、ゲイン調整部56の制御量LPinfoを生成する機能部である。具体的な例では、加算器71から出力されるレベルLevelを一定時間ごとにカウント(加算)することにより加算平均を取得して出力するデシメーションフィルタによってローパスフィルタ72を構成すればよい。制御部73は、ローパスフィルタ72によって生成された制御量LPinfoに従い、ゲイン調整部56のゲイン(乗算値)を制御する。The low-
ここで、処理部60からゲイン制御部70に供給するレベルとしてアキュムレータ65によって取得されたレベルLEVELを用いないのは、ノイズを含む信号のレベルに基づいてゲイン調整部56のゲインを制御することが好ましいからである。上記のように、ノイズ除去前の信号に基づいて得られたレベルLevelを用いてゲイン調整部56のゲインを制御することにより、デルタシグマ変調部50に実際に入力される受信信号Va(ノイズを含んだ状態の受信信号Va)のレベルにフィードバック信号のレベルを追従させることが可能になる。Here, the level LEVEL obtained by the
図5は、受信信号Va及び出力値Voのシミュレーション結果を示す図である。図5(a)は、ゲイン制御部70による制御を行わない比較例によるシミュレーション結果を示し、図5(b)(c)は、ゲイン制御部70による制御を行う実施例によるシミュレーション結果を示している。このシミュレーションでは、デルタシグマ変調部50を一段構成とし、受信信号Vaを所定周期の正弦波とした。また、図5(a)(b)では受信信号Vaのレベル(振幅)を2周期ごとに増加させる一方、図5(c)では受信信号Vaのレベル(振幅)を2周期ごとに減少させた。さらに、各図には、受信信号Va、出力値Vo、及び、減算器51の出力信号ΔVをプロットした。
Figure 5 shows the simulation results of the received signal Va and the output value Vo. Figure 5(a) shows the simulation results of a comparative example in which control by the
図5(a)に示すように、ゲイン制御部70による制御を行わない場合、アクティブペン2がタッチ面3aに近づくことによって受信信号Vaのレベルが大きくなると、減算器51の出力信号ΔVが振動しなくなり、その結果として出力値Voも振動しなくなる。これでは出力値Voから受信信号Vaを復元することができないので、処理部60による直交検波が機能しなくなってしまう。5(a), if control by the
図5(b)に示すように、ゲイン制御部70による制御を行うこととすれば、アクティブペン2がタッチ面3aに近づくことによって受信信号Vaのレベルが大きくなっても、減算器51の出力信号ΔVの振動状態が維持され、その結果として出力値Voも振動状態が維持される。したがって、処理部60による直交検波を正常に機能させることが可能になる。なお、処理部60によって受信信号Vaのレベルが検出されるまでにある程度のタイムラグがあるので、図5(b)にも示すように、受信信号Vaのレベルが大きくなった後、一定の期間は出力値Voが振動しなくなってしまうが、このタイムラグが復調部66による復調や処理部43による位置や傾きの検出に与える影響は軽微である。
As shown in FIG. 5(b), if control is performed by the
また、図5(c)から理解されるように、ゲイン制御部70による制御によれば、アクティブペン2がタッチ面3aから遠ざかることによって受信信号Vaのレベルが小さくなった場合には、ゲイン調整部56のゲインを小さくすることができる。そして、この場合においても、出力信号ΔV及び出力値Voの振動状態は維持される。この結果から、ゲイン制御部70による制御によれば、受信信号Vaのレベルが様々に変動しても、処理部60による直交検波を正常に行える状態を維持できることが理解される。
As can be seen from FIG. 5(c), control by the
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。 Although the above describes preferred embodiments of the present invention, the present invention is in no way limited to these embodiments, and it goes without saying that the present invention can be embodied in various forms without departing from the spirit of the present invention.
図6は、本実施の形態の変形例による受信部41に含まれる受信回路を示す図である。同図と図4とを比較すると理解されるように、本変形例は、デルタシグマ変調部50内にコンパレータ57a,57b、ゲイン調整部58a,58b、及び加算器59を有する点で、本実施の形態と相違する。
Figure 6 is a diagram showing a receiving circuit included in the receiving
コンパレータ57a,57bは量子化器ではなく、それぞれ積分器53bの出力信号のレベルの絶対値が所定値を上回ったことを検出するコンパレータである。一例では、コンパレータ57aは、積分器53bの出力信号のレベルが所定値Vref(Vref>0)を上回った場合に「1」を、それ以外の場合に「0」を出力し、コンパレータ57bは、積分器53bの出力信号のレベルが所定値-Vrefを下回った場合に「1」を、それ以外の場合に「0」を出力するよう構成される。
ゲイン調整部58a,58bはそれぞれ、コンパレータ57a,57bの出力値に所定値を乗算する機能部である。一例では、ゲイン調整部58aが乗算する所定値は64であり、ゲイン調整部58aが乗算する所定値は-64である。The
加算器59は、ゲイン調整部56の出力値にゲイン調整部58a,58bの出力値を加算することにより、フィードバック信号FBa,Fbのレベルを制御する機能部である。ゲイン調整部58a,58bの出力値は、積分器53bの出力信号のレベルの絶対値が所定値を上回った場合にのみ0以外の値となるので、加算器59は、積分器53bの出力信号のレベルの絶対値が所定値を上回ったことがコンパレータ57a,57bによって検出された場合にフィードバック信号FBa,Fbのレベルを制御することになる。The
本変形例によれば、ゲイン制御部70の調整範囲を超えて受信信号Vaのレベルが大きくなり、その結果として積分器53bの出力信号の絶対値が大きくなり過ぎた場合に、フィードバック信号FBa,Fbのレベルを制御して積分器53bの出力信号の絶対値を小さくすることができる。したがって、ゲイン制御部70の調整範囲を超えて受信信号Vaのレベルが大きくなることがあるとしても、ダウンリンク信号DS(ペン信号)を検出するためにデルタシグマ変調部50を用いることが可能になる。According to this modification, when the level of the received signal Va exceeds the adjustment range of the
また、上記実施の形態では、アクティブペン2とセンサコントローラ31とが双方向に通信を行う場合を取り上げて説明したが、本発明は、アクティブペン2とセンサコントローラ31とが、アクティブペン2からセンサコントローラ31への片方向通信を行う場合にも好適に適用可能である。
In addition, while the above embodiment has been described with reference to a case in which the
また、上記実施の形態では、1つのコンパレータによる構成される量子化器54を用いる例を説明したが、本発明は、複数のコンパレータを含むマルチビット構成の量子化器を用いる場合にも適用可能である。
In addition, in the above embodiment, an example is described in which a
1 位置検出システム
2 アクティブペン
3 電子機器
3a タッチ面
20 芯体
21 ペン先電極
22 リング電極
23 圧力センサ
24 バッテリー
25 集積回路
26 ストップフィルタ
30 センサ
30x,30y センサ電極
31 センサコントローラ
32 ホストプロセッサ
40 切替部
41 受信部
42 送信部
43 処理部
50 デルタシグマ変調部
51,51a,51b 減算器
52,52a,52b アンプ
53,53a,53b 積分器
54 量子化器
55,55a,55b DAC
56 ゲイン調整部
57a,57b コンパレータ
58a,58b ゲイン調整部
59 加算器
60 処理部
61 ローパスフィルタ
62a,62b 直交復調部
63 ノイズ検出器
64 ノイズフィルタ
65 アキュムレータ
66 復調器
67 演算器
70 ゲイン制御部
71 加算器
72 ローパスフィルタ
73 制御部
DS,DSa,DSb ダウンリンク信号
FB,FBa,FBb フィードバック信号
Fa,Fb 周波数
IOUT,IOUTa,IOUTb 同相成分
LEVEL,LEVELa,LEVELb レベル
Level,Level_a,Level_b レベル
LPinfo 制御量
PHASE,PHASEa,PHASEb 位相
QOUT 直交成分
SYMBOL シンボル列
US アップリンク信号
Va 受信信号
Vo 出力値
1
56
Claims (15)
センサより入力される前記ペン信号からフィードバック信号を減算する減算器、
前記減算器の出力信号を積分する積分器、
前記積分器の出力信号を量子化する量子化器、及び、
前記量子化器の出力値に基づいて前記フィードバック信号を生成するDAC、を含むデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号のレベルを検出する処理部と、
前記処理部によって検出された前記ペン信号のレベルに基づき、前記フィードバック信号のレベルを制御するゲイン制御部と、
前記量子化器の出力値のゲインを調整することにより前記デルタシグマ変調部の出力値を生成するゲイン調整部と、を含み、
前記DACは、前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記フィードバック信号を生成し、
前記ゲイン制御部は、前記処理部によって検出された前記ペン信号のレベルに基づいて前記ゲイン調整部のゲインを制御することにより、前記フィードバック信号のレベル及び前記デルタシグマ変調部の出力値を制御する、
集積回路。 An integrated circuit for detecting a pen signal transmitted from an active pen, comprising:
a subtractor for subtracting a feedback signal from the pen signal inputted from the sensor;
an integrator for integrating an output signal of the subtractor;
a quantizer for quantizing the output signal of the integrator; and
a delta-sigma modulation unit including a DAC that generates the feedback signal based on an output value of the quantizer;
a processing unit that detects a level of the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit;
a gain control unit that controls a level of the feedback signal based on a level of the pen signal detected by the processing unit;
a gain adjustment unit that generates an output value of the delta-sigma modulation unit by adjusting a gain of the output value of the quantizer ,
The DAC generates the feedback signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit;
the gain control unit controls a gain of the gain adjustment unit based on the level of the pen signal detected by the processing unit, thereby controlling the level of the feedback signal and the output value of the delta-sigma modulation unit.
Integrated circuits.
請求項1に記載の集積回路。 The delta-sigma modulation unit is configured to perform 1-bit delta-sigma modulation in which the quantizer is configured by one comparator.
10. The integrated circuit of claim 1.
請求項1に記載の集積回路。 the delta-sigma modulation unit is configured with an analog circuit from the subtractor to the quantizer, and the gain adjustment unit is configured with a digital circuit;
10. The integrated circuit of claim 1 .
前記処理部は、前記直交検波の結果を用いて前記レベルを検出する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の集積回路。 the processing unit includes a low-pass filter that restores the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit, and a quadrature demodulation unit that performs quadrature detection of the pen signal restored by the low-pass filter,
The processing unit detects the level by using a result of the quadrature detection.
4. An integrated circuit according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4に記載の集積回路。 the processing unit detects the level by performing statistical processing on a level derived using a result of the quadrature detection.
5. The integrated circuit of claim 4 .
請求項5に記載の集積回路。 The statistical processing is a smoothing processing for smoothing the derived level, or a prediction processing for predicting the future level based on the derived level.
6. The integrated circuit of claim 5 .
センサより入力される前記ペン信号からフィードバック信号を減算する減算器、
前記減算器の出力信号を積分する積分器、
前記積分器の出力信号を量子化する量子化器、及び、
前記量子化器の出力値に基づいて前記フィードバック信号を生成するDAC、を含むデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号のレベルを検出する処理部と、
前記処理部によって検出された前記ペン信号のレベルに基づき、前記フィードバック信号のレベルを制御するゲイン制御部と、を含み、
前記処理部は、
前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号を復元するローパスフィルタ、及び、前記ローパスフィルタによって復元された前記ペン信号の直交検波を行う直交復調部と、
前記直交復調部の出力信号からノイズを除去するノイズフィルタと、を含み、
前記処理部は、前記直交検波の結果を用いて前記レベルを検出し、
前記処理部は、前記ノイズフィルタによりノイズが除去される前の前記直交復調部の出力信号に基づいて前記レベルを検出する、
集積回路。 An integrated circuit for detecting a pen signal transmitted from an active pen, comprising:
a subtractor for subtracting a feedback signal from the pen signal inputted from the sensor;
an integrator for integrating an output signal of the subtractor;
a quantizer for quantizing the output signal of the integrator; and
a delta-sigma modulation unit including a DAC that generates the feedback signal based on an output value of the quantizer;
a processing unit that detects a level of the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit;
a gain control unit that controls a level of the feedback signal based on a level of the pen signal detected by the processing unit,
The processing unit includes:
a low-pass filter that restores the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit, and a quadrature demodulation unit that performs quadrature detection of the pen signal restored by the low-pass filter;
a noise filter for removing noise from the output signal of the orthogonal demodulation unit ;
The processing unit detects the level using a result of the quadrature detection,
the processing unit detects the level based on the output signal of the orthogonal demodulation unit before noise is removed by the noise filter .
Integrated circuits.
センサより入力される前記ペン信号からフィードバック信号を減算する減算器、
前記減算器の出力信号を積分する積分器、
前記積分器の出力信号を量子化する量子化器、及び、
前記量子化器の出力値に基づいて前記フィードバック信号を生成するDAC、を含むデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号のレベルを検出する処理部と、
前記処理部によって検出された前記ペン信号のレベルに基づき、前記フィードバック信号のレベルを制御するゲイン制御部と、を含み、
前記処理部は、前記デルタシグマ変調部の出力値に基づいて前記ペン信号を復元するローパスフィルタ、及び、前記ローパスフィルタによって復元された前記ペン信号の直交検波を互いに異なる周波数でそれぞれ行う複数の直交復調部を含み、
前記処理部は、前記直交復調部ごとに、前記直交検波の結果を用いて前記レベルを検出する、
集積回路。 An integrated circuit for detecting a pen signal transmitted from an active pen, comprising:
a subtractor for subtracting a feedback signal from the pen signal inputted from the sensor;
an integrator for integrating an output signal of the subtractor;
a quantizer for quantizing the output signal of the integrator; and
a delta-sigma modulation unit including a DAC that generates the feedback signal based on an output value of the quantizer;
a processing unit that detects a level of the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit;
a gain control unit that controls a level of the feedback signal based on a level of the pen signal detected by the processing unit,
the processing unit includes a low-pass filter that restores the pen signal based on an output value of the delta-sigma modulation unit, and a plurality of quadrature demodulation units that perform quadrature detection of the pen signal restored by the low-pass filter at mutually different frequencies,
the processing unit detects the level for each of the orthogonal demodulation units by using a result of the orthogonal detection .
Integrated circuits.
請求項8に記載の集積回路。 the gain control unit includes a level determination unit that determines a level of the pen signal used to control a level of the feedback signal based on the plurality of levels detected by the processing unit.
9. The integrated circuit of claim 8 .
請求項9に記載の集積回路。 the level determination unit determines the level of the pen signal used to control the level of the feedback signal by a summation process of summing the multiple levels detected by the processing unit, or a selection process of selecting one of the multiple levels detected by the processing unit.
10. The integrated circuit of claim 9 .
請求項8乃至10のいずれか一項に記載の集積回路。 the plurality of orthogonal demodulation units include a first orthogonal demodulation unit that performs orthogonal detection at a frequency of a carrier signal of the pen signal, and a second orthogonal demodulation unit that performs orthogonal detection at a frequency of a carrier signal of a passive pointer detection signal used to detect a passive pointer;
11. An integrated circuit according to any one of claims 8 to 10 .
前記複数の直交復調部は、前記第1のペン信号の搬送波信号の周波数で直交検波を行う第1の直交復調部、及び、前記第2のペン信号の搬送波信号の周波数で直交検波を行う第2の直交復調部、を含む、
請求項8乃至10のいずれか一項に記載の集積回路。 the pen signal includes first and second pen signals transmitted using carrier signals of different frequencies;
the plurality of orthogonal demodulation units include a first orthogonal demodulation unit that performs orthogonal detection at a frequency of a carrier signal of the first pen signal, and a second orthogonal demodulation unit that performs orthogonal detection at a frequency of a carrier signal of the second pen signal;
11. An integrated circuit according to any one of claims 8 to 10 .
請求項12に記載の集積回路。 the first and second pen signals are generated by different active pens;
13. The integrated circuit of claim 12 .
請求項12に記載の集積回路。 the first and second pen signals are transmitted from different electrodes disposed in one active pen;
13. The integrated circuit of claim 12 .
前記積分器の出力信号のレベルの絶対値が所定値を上回ったことを検出するコンパレータと、
前記積分器の出力信号のレベルの絶対値が所定値を上回ったことが前記コンパレータによって検出された場合に前記フィードバック信号のレベルを制御する加算器と、をさらに含む、
請求項1乃至14のいずれか一項に記載の集積回路。 The delta-sigma modulation unit
a comparator for detecting when the absolute value of the level of the output signal of the integrator exceeds a predetermined value;
an adder that controls a level of the feedback signal when the comparator detects that the absolute value of the level of the output signal of the integrator exceeds a predetermined value.
15. An integrated circuit according to any preceding claim.
Priority Applications (1)
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